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7/26/2019 Estudio de Hidraulica, Hidrologia y Socavacin Carreteras Colombianas
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REPBLICADECOLOMBIA
FONDOFINANCIERODEPROYECTOSDEDESARROLLOFONADE
4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE
ContratoNo2121825
VOLUMEN III
ESTUDIODE
HIDRULICA,
HIDROLOGA
YSOCAVACIN
CORREDOR:SANTANDERDEQ.CHACHAGIYPASTORUMICHACA
CONSULTORA
ESPECIALIZADA
PARA
LA
ESTRUCTURACIN DE CONCESIONES VIALES
PARA EL GRUPO DE CARRETERAS 2 CENTRO
OCCIDENTE.CORREDORES:
(1)DOBLECALZADAIBAGUELAPAILA.
(2)DOBLECALZADABUGABUENAVENTURA.
(3)
SANTANDER
DE
QUILICHAO
CHACHAGI.
PASTORUMICHACA
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VOLUMENIII
ESTUDIODEHIDRULICA,HIDROLOGAYSOCAVACIN
1 INTRODUCCINYDESCRIPCIN
DEL
PROYECTO
...........................................
1
1.1 LOCALIZACINDELPROYECTO..................................................................................... 1
1.2 OBJETODELPROYECTO................................................................................................ 3
1.3 DESCRIPCINDELPROYECTO....................................................................................... 3
2
OBJETIVO
Y
ALCANCE
...................................................................................
7
2.1 OBJETIVO...................................................................................................................... 7
2.2 ALCANCE....................................................................................................................... 7
3 ESTUDIOSHIDROLGICOS............................................................................ 9
3.1 RECOPILACINYANLISIS
DE
INFORMACIN
EXISTENTE
...........................................
9
3.2 METODOLOGA............................................................................................................. 9
3.3 CARTOGRAFA.IDENTIFICACINYCARACTERSTICASDECUENCAS.........................10
3.4 ANLISISDELLUVIASYCLIMATOLGICO.................................................................. 11
3.4.1CurvasIntensidadFrecuencia(IDF).................................................................. 11
3.5 ANLISISDE
CAUDALES
..............................................................................................
17
3.6 JUSTIFICACINDEFRMULASEMPLEADAS..............................................................18
3.6.1MtodoRacional............................................................................................... 18
3.6.2MtododelNRCS(SCS)..................................................................................... 23
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4 ESTUDIOSHIDRULICOS..............................................................................38
4.1 GEOMORFOLOGADINMICAFLUVIAL................................................................... 38
4.2 OBRASMENORES....................................................................................................... 39
4.2.1Hidrulicadealcantarillas................................................................................. 39
4.2.1.1 Criteriosdediseo.............................................................................. 39
4.2.1.2 Metodologa........................................................................................40
4.2.1.3 Resultadosdelestudio........................................................................ 41
4.2.2Cunetasyotroselementosdedrenajemenor.................................................41
4.2.2.1 Cunetasexternas................................................................................ 41
4.2.2.2 Cazenseparador................................................................................ 43
4.2.2.3 Bordilloen
coronacin
de
terrapln.
..................................................
44
4.2.2.4 Cunetasenpiedeterrapln...............................................................44
4.2.2.5 Zanja de coronacin, bajantes y cunetas en bermas de taludes de
corte. 45
4.2.2.6 Pasosdecunetas................................................................................ 47
4.2.2.7 Sumideros,pozos
ytuberas
colectoras.
............................................
47
4.2.3Subdrenaje........................................................................................................ 48
4.3 OBRASMAYORES........................................................................................................ 49
4.3.1Metodologa...................................................................................................... 50
4.3.2 Informacinutilizada........................................................................................ 50
4.3.3Modelizacinhidrulica.
...................................................................................
51
4.3.4Resultadosdelestudio...................................................................................... 52
5 ESTUDIOSDESOCAVACIN.........................................................................53
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6 CONCLUSIONESYRECOMENDACIONES.......................................................56
7 BIBLIOGRAFA..............................................................................................60
LISTADEFIGURAS
FIGURA1.LOCALIZACINGENERALDELCORREDOR.FUENTE:ELABORACINPROPIA........................................................................1
FIGURA2.LOCALIZACINGENERALDELTRAMO.FUENTE:INVIASREDVIAL.................................................................................2
FIGURA3.CURVASIDFESTACINSTA.ROSAPOTOS..............................................................................................................14
FIGURA4.CURVASIDFESTACINAPTO.SANLUIS..................................................................................................................14
FIGURA5.CURVASIDFESTACINPUERRES...........................................................................................................................15
FIGURA6.CURVASIDFESTACINIMUES...............................................................................................................................15
FIGURA7.CURVASIDFESTACINSINDAGUA.........................................................................................................................16
FIGURA8.CURVASIDFESTACINOBONUCO.........................................................................................................................16
FIGURA9.EJEMPLODEHIDROGRAMADERESPUESTAAHIETOGRAMADELLUVIA,GENERADOPORELHECHMSPARALACUENCANMERO
14.................................................................................................................................................................................25
FIGURA10.ESQUEMADECONFIGURACINDECONEXIONESENHECHMSPARALACUENCADELROGUAITARA
................................
26
FIGURA11.ESQUEMADECONFIGURACINDECONEXIONESENHECHMSPARALACUENCADELAQUEBRADAMAGDALENA................26
FIGURA12.ESTACINSINDAGUA.HIETOGRAMAPARAT=20AOS...........................................................................................31
FIGURA13.ESTACINSINDAGUA.HIETOGRAMAPARAT=50AOS...........................................................................................32
FIGURA14.ESTACINOBONUCO.HIETOGRAMAPARAT=20AOS...........................................................................................32
FIGURA15.ESTACINOBONUCO.HIETOGRAMAPARAT=50AOS...........................................................................................33
FIGURA16.ESTACINSTAROSAPOTOS.HIETOGRAMAPARAT=100AOS...............................................................................34
FIGURA17.ESTACINAPTO.SANLUIS.HIETOGRAMAPARAT=100AOS..................................................................................34
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FIGURA22.ESTACINOBONUCO.HIETOGRAMAPARAT=100AOS.........................................................................................37
FIGURA23.ESTACINOBONUCO.HIETOGRAMAPARAT=50AOS...........................................................................................37
FIGURA24.SECCINDELOSFILTROS....................................................................................................................................49
FIGURA25.VISTATRIDIMENSIONALDELMODELOHIDRULICODELACUENCADELROGUAITARA.....................................................51
FIGURA26.VISTATRIDIMENSIONALDELMODELOHIDRULICODELACUENCADELAQUEBRADAMAGDALENA.....................................51
LISTADETABLAS
TABLA1.ESTACIONESANALIZADAS.......................................................................................................................................11
TABLA2.PRECIPITACIONESMXIMASPROMEDIOANUALEN24HPARALASESTACIONESSELECCIONADAS..........................................12
TABLA3.VALORESDELOSCOEFICIENTESA,B,CYDPARAELCLCULODELACURVASINTENSIDADDURACINFRECUENCIA,IDF,PARA
COLOMBIA.......................................................................................................................................................................
12
TABLA4.CAUDALESOBTENIDOSPARACUENCASCONUNASUPERFICIEENTRE2.5Y20KM2............................................................17
TABLA5.CAUDALESOBTENIDOSPARACUENCASCONUNASUPERFICIESUPERIORA20KM2.............................................................18
TABLA6.VALORESDEPDPARACADAESTACINCONSIDERADAENFUNCINDELPERIODODERETORNO.............................................19
TABLA7.VALORESDECNPARACADATIPODEUSODELSUELOCONSIDERADO...............................................................................20
TABLA8.VALORESDELFACTORDERUGOSIDADNPARALAECUACINDEHATHAWAY(FUENTE:MANUALDEDRENAJEPARACARRETERAS
DELINSTITUTONACIONALDEVAS)......................................................................................................................................21
TABLA9.DATOSDEENTRADAALMODELODELHECHMSPARAELROGUAITARA........................................................................29
TABLA10.DATOSDEENTRADAALMODELODELHECHMSPARALAQUEBRADAMAGDALENA........................................................29
TABLA
11.
VALORES
DEL
COEFICIENTE
DE
RUGOSIDAD
DE
MANNING
...........................................................................................
39
TABLA12.LISTADODEOBRASDEDRENAJEINSUFICIENTESHIDRULICAMENTE..............................................................................41
TABLA13.CAPACIDADHIDRULICACUNETAEXTERNA..............................................................................................................42
TABLA14.CAPACIDADHIDRULICACAZENSEPARADOR...........................................................................................................43
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TABLA19.GLIBOSDELOSPUENTESPROYECTADOSANALIZADOS...............................................................................................52
TABLA20.RESULTADOSDECLCULODEPROFUNDIDADDESOCAVACIN.....................................................................................55
LISTADEANEXOS
ANEXO1. DATOSPLUVIOMTRICOSIDEAM
ANEXO2. AJUSTEESTADSITICODEDATOSPLUVIOMTRICOS
ANEXO3. TABLARESUMENDECAUDALES
ANEXO4. VALORESDENMERODECURVADEESCORRENTA
ANEXO5. TABLARESUMENDERESULTADOSDEOBRASHIDRULICASEXISTENTESYREQUERIDAS
ANEXO6. LISTADOSDECLCULODEALCANTARILLAS
ANEXO7.
INVENTARIO
DE
OBRAS
HIDRULICAS
EXISTENTES
YOBRAS
HIDRULICAS
PROYECTADAS
ANEXO8. COMPROBACINDECAPACIDADHIDRULICADECUNETASYCOLECTORPVC400mm
ANEXO9. COMPROBRACINHIDRULICADELAZANJADRENANTE
ANEXO10. LISTADOSDECLCULODEOBRASMAYORES
ANEXO11. CLCULOSDESOCAVACIN
ANEXO12. LISTADODECUNETASYSUBDRENAJE
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1 INTRODUCCINYDESCRIPCINDELPROYECTO1.1 LOCALIZACINDELPROYECTO
LaduplicacindelcorredorPastoRumichacaseplanteaconelfindemejorarlainfraestructuravialyde
transportedeestaregindelpas,disminuyendoconsiderablementelostiemposderecorrido.
Eltrazadodelavasedesarrollasobreunterrenoescarpado.
Figura1.Localizacingeneraldelcorredor.Fuente:elaboracinpropia
ElproyectodelCorredorPastoRumichacapertenecealGrupo2CentroOccidentedeactuaciones.Este
corredorseencuentraalsurdelpas,discurriendodesde lafronteraconEcuadorhastalapoblacinde
P t Ti l it d t t l d 83 k i d l i i l bl i t i P t
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Catambuco.Supuntode inicioestubicadoaproximadamenteenelPR48+000;ysupunto finalen la
Calle12
de
Pasto
justo
ala
entrada
de
la
poblacin,
aproximadamente
en
el
PR
82+900
de
la
Ruta
2501.
AdemsdelaconexinconlaVariantedePasto,destacalaconexinconlaruta10enPedregal,quecon
sentidooesteconducehastalacosterapoblacindeTumaco,pasandopordiversaspoblacionesentrelas
quedestacaTuquerres.
LalocalizacinGeneraldelTramoPastoRumichacasepresentaenlaFigura2.
Figura2.LocalizacinGeneraldelTramo.Fuente:INVIASRedVial
Setratadeunacarreteraconpendientesmuypronunciadasycurvasderadiosmuypequeosenlasque
lavelocidaddelosvehculospesadossevesensiblementeafectada.
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La acusada pendiente transversalde las laderas en las que est implantada la carreterahace que se
debanconstruir,
en
algunas
ocasiones,
desmontes
de
gran
altura,
muros
de
sostenimiento
de
tierras
y
viaductos,porloqueeldesdoblamientodeestacarreterasuponeunretoimportante.
1.2 OBJETODELPROYECTO
ElPlande IntervencionesCorroborado indicaqueelalcancede la intervencinenel tramoPedregal
Pastoser:
CalzadaExistente:Mejoramiento
CalzadaNueva:ConstruccindeSegundaCalzada(hastaelenlacedelaVariantedePasto).
Laactuacindiseadaseajustaaestealcance.Elobjetivodelproyectoes:
Generarunanuevacalzadacontinuaconparmetroscorrespondientesaunavelocidadde
diseode
60
km/h,
siguiendo
sensiblemente
la
ruta
marcada
por
la
actual
carretera
2501,
hastaelenlacede laVariantedePasto.Enestecaso,unasvecesser lacalzadaderechay
otras veces la calzada izquierda la que en determinados tramos aprovechar parte de la
carreteraexistente.
Mejorar la calzada existente, adaptndola para la circulacin en un solo sentido en los
tramosenque laduplicacintranscurrasobreellay,garantizandoparmetrosgeomtricos
correspondientesauna
velocidad
de
60
km/h.
Encuantoa la seccin transversal, seplanteade formagenricaunaseccindedoscalzadascondos
carrilesde3.65mdeancho,bermainteriorde0.5myexteriorde1.8m,yseparadorde2.0m.
En laszonasurbanasconelevadapresenciadeedificacionesaunooaambos ladosde lacarretera,se
hanproyectadoandenesparafacilitarlosmovimientospeatonales.
1.3 DESCRIPCINDELPROYECTO
LaactuacinseiniciaenelPR43+200delacarreteraactual(Ruta2501)yfinalizaentornoalPR82+900
delacarreteraactual,justoaliniciodelncleourbanodePasto.
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La calzadaderecha finalizaendichoenlace,desembocandounode sus carrilesen la carreteraactual
haciaPasto
yel
otro
hacia
el
ramal
del
enlace
que
se
dirige
ala
variante
de
Pasto.
Calzada
Derecha
P.R.Inicial 0+000
P.R.Final 32+836,603
Calzada
Izquierda
P.R.Inicial 0+000
P.R.Final 37+959,322
Laactuacinsedivideendosunidadesfuncionales:(losP.R.estnreferidosalacalzadaizquierda)
UF1Pedregal TanguaP.R.Inicial 0+000
P.R.Final 15+760
UF2Tangua PastoP.R.Inicial 15+760
P.R.Final
37+959,322
Talycomosecomentanteriormente,seha intentadocomocriteriogeneraldisear lanuevacalzada
adosadaa lacarreteraactual,minimizandoafectacionesde tipoambientalysociopredial.Enalgunas
zonasconcretashasidoprecisoproyectareltrazadoenvariante,esdecir,disearunaoambascalzadas
alejadasdelacarreteraactual:
ZonaurbanadePedregal(PR1+900PR2+350):lacalzadaderechaeizquierdaseproyectan
bordeandoelncleodepoblacinporelsudeste;ampliarlacarreteraexistenteaamboslados
paraconseguirdoblecalzada,generaraafectacionesanumerosasedificacionesademsdeno
ceirsealageometraenplantamnimarequeridaparaunavelocidadde60km/h.Seaprovecha
estavarianteparadisearunintercambiadorquedaconexinaPedregalyconsecuentementea
lacarreteraPedregalTquerres.
Zonavariante(PR6+400PR9+580):Debidoalacomplejidadorogrfica,laruta2501presenta
parmetrosde
trazado
de
baja
calidad,
principalmente
curvas
de
radio
muy
bajo
(60
m.).
En
consecuencia,sehadescartadoaprovecharlacarreteraexistentecomounadelascalzadasyse
hanproyectandoambasconuntrazadonuevoalejadodelarutaactual.
ZonavariantecercanaaAlbertoQuijano(PR22+780 PR24+440):Debidoalacomplejidad
fi t l t 2501 t t d t d d b j lid d
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Eneldiseosepresentanlassiguientessituaciones:
Desdoblamiento por la derecha: Construccin de la segunda calzada por la derecha de lacarreteraactual (sentidoPedregalPasto).Lacarreteraactualseaprovecha totalmentecomo
calzadaizquierda.
Desdoblamiento por la izquierda: Construccin de la segunda calzada por la izquierda de la
carreteraactual (sentidoPedregalPasto).Lacarreteraactualseaprovecha totalmentecomo
calzadaderecha.
Ampliacin a ambos lados: Construccin de la seccin completa (doble calzada) mediante laampliacinde lacarreteraactualaambos lados.Lacarreteraactualseaprovechaparcialmente
comocalzadaderechaycomocalzadaizquierda.
Una calzada en variante (como par vial): Construccin de la segunda calzada alejada de la
carreteraactual,aprovechandolamismacomoprimeracalzada.
Seccin completa en variante: Construccin de la doble calzada en variante de la carretera
actual,sin
aprovechar
la
misma.
Como zonas singulares, destacan las reas de cobro de peaje. Dada la importante pendiente
transversalexistenteenlaladeradondeseencuentralaactualreadecobrodepeaje,sehaoptadopor
disponerdosreasseparadasparaevitarimportantsimasobrasdeterraplenajeconmurosodisposicin
deestructurassisedecidieraampliarelreaactual.Cadareadepeajefiscalizaunodelossentidosde
circulacin.
EnelK11+740seamplalaactualreadecobrodepeajeysedestinaalosvehculosqueprovienendePastoconsentidoaPedregal.Sehadiseadodeformaqueseaprovechealmximolasuperficieactual
sinprovocargrandesdesmontes.Enesta zona seha tenidoqueemplear concatenacindecurvasde
radioamplioen lageometraenplantade lacalzadaderechapara,sincrear lanecesidaddeconstruir
unos muros de contencin muy grandes, habilitar el espacio necesario al rea de cobro. Los radios
utilizados son 1000 y 3000 m. Esta circunstancia hace que en esta zona de la calzada derecha se
incumplanalgunos criteriosdediseo,peroquedanjustificadosporelahorroeconmicoyporqueal
utilizarparmetros
de
diseo
grandes,
la
percepcin
por
parte
de
los
usuarios
es
ms
que
suficiente
comoparadiscurrirporestazonasinningnpeligro.
EnelK10+400sedisponeunanuevareaquesedestinanicamentealosvehculosqueprovienende
PedregalconsentidoaPasto.
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PR2+200IntercambiadordePedregal
Comoresultadodeldiseogeomtricosederiva lanecesidadde laconstruccindeonce (11)puentes
nuevos.La listadeestasobrasconsusabscisasde inicioy finysu longitudsemuestraenelsiguiente
cuadro:
PUENTES
NombreAbscisa
Longitud(m) TipologaInicio Fin
2,08(I)
2+063
2+108
45
Vigas
1,95(D) 1+880 1+995 115 Vigas
2,63(I) 2+605 2+635 30 Vigas
2,50(D) 2+380 2+595 215 Vigas
2,95(I) 2+840 3+100 260 AvanceVoladizo
2,90(D)
2+775
3+040
265
Avance
Voladizo
7,05(I) 6+960 7+120 160 AvanceVoladizo
7,00(D) 6+925 7+115 190 AvanceVoladizo
CONEXIN6,8
0+200 0+235 35 Vigas
12,05(D)
11+980
12+100
120
Vigas
15,90(D) 15+825 15+980 155 Vigas
LONGITUDTOTAL(m) 1590
Otrasestructurasmenoresquepresentaeltramoson:
Nombre
Puentepeatonal31.76
Puentepeatonal34.42
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2 OBJETIVOYALCANCE
2.1 OBJETIVO
Elobjetodelosdiseoshidrulicosejecutadoscomprendeprincipalmentelossiguientesaspectos:
Identificarlascaractersticasfsicasyelestadodelasobrasdepasoexistentesenlavaobjetode
esteestudio.
Definir las cuencasaferentespara cada una de las corrientesprincipales interceptadas porel
tramode
va
objeto
del
presente
proyecto.
Determinar los caudales a evacuar a travs de las estructuras de paso correspondientes,
teniendoencuentaperodosderetornode100aospara lospuentesypontones,de50aos
paralasalcantarillasentuberaycajonesconseccionessuperioresa1.5m,yde20aosparalas
alcantarillasentuberaycajonesconseccionesigualesoinferioresa1.5m.
Conbasealoscaudalescalculadosyalascaractersticasgeomtricasdelasobrasexistentesen
la actualidad, determinar si la seccin hidrulica de las mismas es suficiente, todo ello con
mrgenesde
seguridad
confiables.
Definir las caractersticas geomtricas tanto de las nuevas obras de paso necesarias por el
desdoblamientodelavaexistente,comodeaquellasquesubstituirnalasexistentes,bienpor
incumplimientodelosumbraleshidrolgicosestablecidos,comoporconsiderarqueeldeterioro
de lasmismashaceprecisosureemplazo.Aesterespectocaberesaltarquetodaobradefinida
bajo la nueva calzada tendr como mnimo un dimetro de 900 mm, lo que supone la
substitucindetodaslasalcantarillasexistentesconseccininferior.
Determinar
la
socavacin
general
y
local
en
condiciones
naturales
y
la
producida
por
las
pilas
y
estribos(siexisten)delospuentesyprincipalesestructuraspropuestas.
Dimensionamientodetodoslosrestanteselementosqueconformaneldrenajemenor,comoson
cunetas,bajantesescalonadas,zanjasdrenantesytuberascolectoras.
2.2 ALCANCE
El alcance del estudio comprende primordialmente la obtencin de la informacin cartogrfica,
geotcnica,hidrolgica
ehidrulica
necesaria
para
llevar
acabo
el
diseo
hidrulico
definitivo
de
los
drenajes,delasalcantarillasentuberaocajn(box),delospuentesrequeridos,ydelascunetasyfiltros
necesarios para asegurar el trnsito vial durante los eventos hidrolgicos de mxima intensidad y
perododeretorno,ascomo laelaboracinde losplanosrespectivos.Ladescripcinde lasprincipales
actividadesdesarrolladasenestesector,ensugranmayoramultidisciplinarias,eslasiguiente:
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Diseodeestructurasmenoresymayoresquepuedanrequerirse,realizandolacorrespondiente
revisin
de
su
capacidad
hidrulica.
Estudiodesocavacindeloscaucesprincipales.
Determinacindelasespecificaciones particularesdeconstruccin.
Recomendacionesparaeldesarrollodelostrabajosdeconstruccin.
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3 ESTUDIOSHIDROLGICOS
3.1 RECOPILACINYANLISISDEINFORMACINEXISTENTE
Durante lafase inicialde losdiseosdeltrayectoserecopilyactualiz la informacinexistenteen las
reas de hidrologa, hidrogeologa, sedimentologa, meteorologa y cartografa. Se efectuaron labores
complementarias, incluyendo laejecucindeexhaustivostrabajosyvisitasdecampo,y laobservacin
de los sitiosdeentregaa lascorrientes receptoras.Se relacionamsadelante la informacinque fue
recopiladayaquellanuevaqueseobtuvo.
3.2 METODOLOGA
Lospasosadoptadosparaobtener loscaudalesdediseo,lasvelocidadesdeflujoen lascorrientes, las
socavaciones predecibles y en general los parmetros requeridos para organizar el drenaje vial se
ajustaronalsiguienteordenymetodologa:
Anlisis
de
la
informacin
existente
yadquisicin
de
nueva
informacin
en
particular
en
el
IDEAMyenelIGAC.
Anlisisdelosusosdelsuelomediantelarevisindefotografasareasyelinventariodecampo
efectuado.
Elaboracindelacartografadediseo.
Insercindeltrazadovialenlacartografa.
Definicin,enformatodigital,delascuencas,yestimacindelasreasaferentesdecadacauce
interceptado.
Definicindezonasdedrenajeycoberturavegetal.Serefierealadescripcindelospatronesde
drenaje del suelo, la cobertura boscosa, la existencia de zonas duras, zonas de cultivo,
pendientes, indispensables para estimar el nmero de curva NC requerido para determinar
tantoelcoeficientedeescorrentaempleadoenelMtodoRacional,comolaescorrentadirecta
porelMtododelNaturalResourcesConservationService (NRCS)conocidotambincomoSoil
ConservationService(SCS).
Clculos meteorolgicos. Comprende la identificacin de las estaciones meteorolgicas de
utilidad,especialmente
las
de
aforo
yprecipitacin,
para,
apartir
de
los
registros
disponibles,
determinar lasprecipitacionesdediseo, lascurvas IDF (IntensidadDuracinFrecuencia)y los
hietogramas de diseo para los diferentes periodos de retorno considerados. La distribucin
temporaldelalluviaseasumiconstantedadoelreducidotamaodelascuencasanalizadas.
Clculodecaudales.Enbasea lasespecificaciones delManualdeDrenajeparaCarreterasdel
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tuberaycajonesconseccionessuperioresa1.5m,yde20aosparalasalcantarillasentubera
y
cajones
con
secciones
iguales
o
inferiores
a
1.5
m.
Clculo de parmetros hidrulicos de las secciones de los cauces en las zonas de cruce, de
utilidadparaeldiseode lasestructuras:alturasde lmina,anchos,velocidades, rugosidades,
pendientes,etc.
Comprobacinhidrulicadeestructuras,incluyendoladefinicindeanchosyglibosdepuentes
y pontones, estructuras de paso en cajn (boxculverts), en tubera (alcantarillas), drenes
laterales,cunetasydrenesdefondodecunetas.Propuestadeobrashidrulicasaejecutarpara
ladefinicindelageometradefinitivadelasnuevasalcantarillasycajones.
Clculodesocavacionesconnfasisenlascuencasconposibilidaddeafectacindeestructuras. Adicionalmenteseestimaron los flujoscorrespondientesa lasreas laterales,secalcularon las
cunetas tpicas para esos tramos y los elementos tpicos de drenaje superficial. Para el
dimensionamiento de estos elementos, se han utilizado los caudales correspondientes a un
perododeretornode10aos.
Parailustrarelestudioseanexanalinformeunplanodeplantageneralyplanosdedetalledelavacon
lascuencas
aferentes
de
los
cauces
interceptados
ylas
estaciones
meteorolgicas
empleadas.
Asimismo,
paracadaunadelascuencasenlasquesehaaplicadoelMtododeTrnsitodeAvenidassepresentaun
planodedetalledondesemuestralafragmentacindelasmismasensubcuencasdemenorextensin.
Juntocon losplanosdecuencasconestacionessepresentan losplanosdeusosdelsuelo,siguiendo la
mismadistribucinanteriormentemencionada:unplanodeplantageneralytresdedetallecon lava,
lascuencasy losusosdel suelo identificadosydosplanosdedetallede las cuencasen lasque seha
aplicadoel
Mtodo
de
Trnsito
de
Avenidas
donde
se
refleja
la
va,
los
usos
del
suelo
yla
cuenca
con
la
subdivisionesefectuadas.
Adicionalmente,paracompletar losplanoshidrulicos,sepresentan losplanosdeplantasydetallesde
drenaje.
3.3 CARTOGRAFA.IDENTIFICACINYCARACTERSTICASDECUENCAS
Laidentificacin
de
los
cauces
interceptados
por
la
va
yla
representacin
de
las
cuencas
aferentes
de
cadaunodeellos se realiz,enbasea la informacinaportadaporel inventariodecampo realizado,
sobre las planchas 1:25000 del IGAC, emplendose para las de mayor tamao las planchas a escala
1:100000.
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destacndose por su importancia regional, especialmente, el ro Guaitara, con un rea aferente de
2,464.378
km
2
.
3.4 ANLISISDELLUVIASYCLIMATOLGICO
La zona en estudio est ubicada en el margen suroccidental de Colombia, siendo la distancia por
carreteraentrePedregalyPastode38km,aproximadamente.
Los datos histricos de precipitaciones, recogidos en el Anexo 1 del presente documento, fueron
obtenidosapartir
de
los
registros
IDEAM
actualizados
para
las
estaciones
de
influencia
en
la
zona.
Las
siguientes, son las estaciones analizadas a partir de datos existentes de precipitacin. Se relacionan
igualmentelosperodosanalizados:
ESTACINRO LATITUD LONGITUD DEPARTAMENTO PERIODO
StaRosaPotos 0048N 7734W Nario 19952012
AptoSan
Luis
0051
N
7740
W
Nario
1993
2013
Puerres 0053N 7730W Nario 19932013
Imues 0103N 7729W Nario 19932013
Sindagua 0106N 7723W Nario 19932012
Obonuco 0111N 7718W Nario 19932012
Tabla1.
Estaciones
analizadas
3.4.1 CURVASINTENSIDADFRECUENCIA(IDF).
Estas curvas han sido deducidas para calcular los caudales pico de hoyas hidrogrficas con reas de
drenajeinferiores2.5km2,yparalosclculosdelluviatotalparareasdedrenajeigualesosuperioresa
2.5km2.
Lascurvas
IDF
de
las
estaciones
con
influencia
en
el
proyecto
han
sido
obtenidas
apartir
del
mtodo
simplificadodefinidoenelManualdeDrenajeparaCarreterasdelInstitutoNacionaldeVas,conbaseen
elMtododeVargasyDazGranados,segnelcual:
db MTaI
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en tuberaycajonesconseccionessuperioresa1.5m,yde20aospara lasalcantarillasentuberay
cajones
con
secciones
iguales
o
inferiores
a
1.5
m.
M= precipitacinmximapromedioanualen24horasanivelmultianual(mm).Deacuerdocon los
datoshistricos deprecipitaciones, recogidos en elAnexo 1del presente documento, el valor de las
precipitacionesmximaspromedioanualen lasestaciones seleccionadas son las recogidasen la tabla
adjunta.Caberesaltarque losdatosprovenientesdeaos incompletos,oconregistrosanormalmente
altosobajos,nosehantomadoencuentaparaelclculodelaprecipitacinmximapromedioanualen
24horas.
ESTACIN PRECIPITACINMX.24h(mm)
StaRosaPotos 46.35
AptoSanLuis 36.11
Puerres 44.89
Imues 50.86
Sindagua 38.10
Obonuco 35.44
Tabla2.Precipitacionesmximaspromedioanualen24hparalasestacionesseleccionadas
t=
duracin
de
la
lluvia
(min).
a,b,c,d parmetros de ajuste de la regresin. De acuerdo con la divisin efectuada en el Manual de
Drenaje para Carreteras del Instituto Nacional de Vas, el mbito del proyecto se ubica en la regin
andina(R1),siendolosvaloresparacadaunadelasregioneslosrecogidosenlatablaadjunta.
REGIN a b c d
Andina(R1)
0.94
0.18
0.66
0.83
Caribe(R2) 24.85 0.22 0.50 0.10
Pacfico(R3) 13.92 0.19 0.58 0.20
Orinoquia(R4) 5.53 0.17 0.63 0.42
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Con estos valores se han calculado las curvas intensidadduracinfrecuencia para las mencionadas
estaciones.
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Figura3.CurvasIDFestacinSta.RosaPotos
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Figura5.CurvasIDFestacinPuerres
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Figura7.CurvasIDFestacinSindagua
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CORRIENTE CUENCA CAUDAL(m3/s)
RoGuaitara
3
441.600
QuebradaMagdalena 4 32.100
Tabla5.Caudalesobtenidosparacuencasconunasuperficiesuperiora20km2
3.6 JUSTIFICACINDEFRMULASEMPLEADAS
3.6.1 MTODO
RACIONAL.
EnelpresenteestudioelMtodoRacionalsehaaplicadoparaladeterminacindeloscaudalesmximos
instantneosdelascorrientesconreasdedrenajeinferioresa2.5km2enlospuntosdecruceconlava
objetodeestudio,talycomorecogeensusespecificaciones elManualdeDrenajeparaCarreteras.
ElMtodoRacionalsuponequeelcaudalmximoeselgeneradoporlalluviadeduracinigualaltiempo
deconcentracindelacuenca,definindoseuncoeficientedeescorrentaestimadoconbaseeneluso
delsuelo
ylos
materiales
de
la
zona
donde
se
genera
la
escorrenta.
Este
mtodo
parte
de
dos
hiptesis,
queporno ser totalmentevlidas limitan suexactitud:a)elmximo caudalocurre cuando todos los
sectoresdeunacuencaenestudioaportanescorrentaalcaudalpicoenlaestaciny,b)elaguaceroque
genera lacrecientedebeserconstanteeneltiempoydistribuirseuniformementesobreelrea.Enel
mbitodeestudioungrannmerode lasreasaferentesestudiadassonpequeasyestndentrodel
campodeaplicacindelmtodo.LaecuacingeneraldelMtodoRacionales:
AICQp 278.0
donde:
Qp= caudal(m3/s).
C= coeficientedeescorrenta(adimensional).
I= intensidaddelalluvia(mm/h).
A= readelacuencahastaelcruceconlava(km2).
COEFICIENTE DE ESCORRENTA
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CORREDOR PASTO RUMICHACA
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1. FrmuladeKirpich
385.077.09780.3 SLTc
donde:
Tc= tiempodeconcentracindelahoyahidrogrfica(min).
L= longituddelcauceprincipal(km).
S= pendiente total del cauce principal, igual a la cada total entre la longitud del cauce
(m/m).
2. FrmuladeHathaway
234.0
467.0
36.36
S
nLTc
donde:
Tc= tiempodeconcentracindelahoyahidrogrfica(min).
L= longituddelcauceprincipal(km).
S=
pendiente
total
del
cauce
principal
(m/m).
n= factorderugosidadpromediode lossuelosde lacuencahidrogrfica(adimensional).El
factorderugosidadpromediohasidodeterminadoapartirde losdatosobtenidosencampoy
de los planos de cuencas con usos del suelo, definindose un tipo de superficie promedio
correspondiente con bosques maderables desarrollados. Por tanto, a la vista de los valores
recogidosenlasiguientetabla,sehaconsideradotomarunvalordelfactorderugosidadde0.6.
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4 G CONCESIONES GRUPO 2 CENTRO OCCIDENTE CORREDOR: PASTO RUMICHACA
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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR:PASTO RUMICHACATramo:PedregalPasto
5.07.0
7.08.0
14104
86.222540
YCN
CNLtlag
donde:
tlag= tiempodedesfasedelahoyahidrogrfica(h).
L= longituddelcauceprincipal(m).
CN=
nmerode
curva
de
la
hoya
hidrogrfica
(adimensional).
Y= pendientetotaldelcauceprincipal(m/m).
Caberesaltarqueeltiempodedesfasedelhidrogramaunitarioascalculadosecorrespondeconel60%
delvalordeltiempodeconcentracinobtenidomediantelaFrmuladelSoilConservationService,SCS.
Unavezdeterminadostodos losparmetrosnecesarios,seha llevadoacabo lasimulacinhidrolgica
para ladeterminacindel caudaldediseoa travsdelempleodel softwareHECHMS.Elprograma,
desarrollado por el Centro de Ingeniera Hidrolgica del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos
(HydrologicEngineeringCenter),puedesimularlarespuestaquetendrunacuencaensuescurrimiento
superficialcomoproductodeunaprecipitacin,brindandocomoresultadoelcaudalmximoprobable.
En el Anexo 3 se recogen los parmetros fsicos de las cuencas estudiadas, los valores de CN y los
caudalesmximosobtenidosarazdelamodelizacinefectuada.
4 G CONCESIONES GRUPO 2 CENTRO OCCIDENTE CORREDOR:PASTO RUMICHACA
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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR: PASTO RUMICHACATramo:PedregalPasto
Figura9.Ejemplodehidrogramaderespuestaahietogramadelluvia,generadoporelHECHMSparalacuencanmero14
3.6.3 MTODODELNRCS(SCS)CONTRNSITODEHIDROGRAMAS.
Ladeterminacindeloscaudalesdediseodelascuencasconreasdedrenajesuperioresalos20km2
se ha llevado a cabo de forma anloga a cmo se ha realizado para las hoyas hidrogrficas con
superficies comprendidas entre los 2.5 y los 20 km2 (punto 3.6.2. del presente estudio), si bien la
diferenciaradicaenqueseharealizadounafragmentacinde lashoyasensubcuencas,talycomose
puedeobservarenlasplantasdedetalledelosplanoshidrulicos.
Una vez realizada la divisin de las cuencas hidrogrficas, se introducen los distintos elementos que
constituyen el modelo: subcuencas, nodos, tramos y sumideros (puntos finales de vertido de las
cuencas). Tras definir el esquema bsico de funcionamiento a partir de las interconexiones entre
elementos, se ha procedido a introducir en el modelo los parmetros fsicos de las subcuencas,
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4GCONCESIONES.GRUPO2CENTROOCCIDENTE CORREDOR:PASTORUMICHACA
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G CO C S O S G U O C O OCCTramo:PedregalPasto
cual X oscila entre 0.10 y 0.30 en funcin de las caractersticas del cauce, emplendose para cauces
naturaleselvalorpromediode0.20(verreferenciabibliogrfican12).
Despus de introducir en el HECHMS los parmetros necesarios para la aplicacin del Mtodo de
Muskingum, se introduceenelmodeloelhietogramadediseo correspondiente,obtenidopara cada
estacin siguiendo la metodologa especificada en el punto 3.7. del presente estudio, realizando
posteriormentelasimulacinhidrolgicaparaladeterminacindelcaudaldediseo.
En lastablasquesemuestranacontinuacinserecogentodoslosparmetrosanteriormentedefinidos
delas
sub
cuencas
ytramos
que
comprenden
la
hoya
hidrogrfica,
as
como
los
caudales
mximos
obtenidosenelpuntodecierrearazdelamodelizacinefectuada.
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OCCIDENTE
CORREDOR:PASTORUMICHACATramo: PedregalPasto
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OCCIDENTE Tramo:PedregalPasto
para el periodo de retorno consideradoen cualquiera de las estaciones seleccionadas;por tanto, los
resultadosobtenidospuedenconsiderarsedelladodelaseguridad.
Dividindoseelaguaceroenbloquesconstantesde15min,ysiguiendo lametodologaexpuestaenel
apartado1.2.7.seobtienen,paracadaunadelasestacionesdeinfluencia,lossiguienteshietogramas:
Figura12.EstacinSindagua.HietogramaparaT=20aos
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Figura22.EstacinObonuco.HietogramaparaT=100aos
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4 ESTUDIOS
HIDRULICOS
Losestudioshidrulicoscomprendeneldiseodelasestructurasmayoresymenoresconunacapacidad
apropiadautilizandoloscaudalesgeneradosenelestudiohidrolgico.
4.1 GEOMORFOLOGADINMICAFLUVIAL
Ladefinicindelcrucedecualquierobracivilsobreunacorrientedeaguadebeserllevadaacabodetal
maneraque
sea
efectuada
en
un
sitio
en
donde
se
conozca
de
manera
adecuada
su
estabilidad
geomorfolgica,tantodesdeelpuntodevistavertical,comodesualineamientohorizontal.
A tal efecto, en los cruces de todas las corrientes mayores con viaductos y puentes presentes en la
actualidadsobre lava,oenaquellospuntosen losquesepreveasucolocacinsobre laduplicacina
efectuar, seha llevadoacabo ladeterminacindelcoeficientede rugosidaddeManningmedianteel
mtododeCowan.
Dicha metodologa, recomendada por el Manual de Drenaje para Carreteras del INVIAS, establece el
coeficientederugosidadapartirdelascaractersticasdelcaucemediantelasiguienteformulacin:
543210
nnnnn nn
donde:
n=
valorfinal
del
coeficiente
de
rugosidad.
n0= rugosidaddelmaterialdelcauce.
n1= irregularidadesenlasuperficie.
n2= cambiosdeformaytamaodelaseccin.
n3= obstrucciones.
n4= vegetacinycondicionesdeflujo.
n5= estructura de los meandros.
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CORRIENTE
COEFICIENTEDERUGOSIDAD(n)
CANAL(MTODODECOWAN) LLANURAIZDA.
LLANURADCHA.n0 n1 n2 n3 n4 n5 n
Guaitara 0.025 0.005 0.005 0.010 0.005 1.00 0.050 0.06 0.06
Magdalena 0.025 0.005 0.005 0.010 0.005 1.00 0.050 0.06 0.06
Tabla11.ValoresdelcoeficientederugosidaddeManning
4.2 OBRASMENORESLas principales obras menores contempladas son las alcantarillas de cajn y de tubera, las cunetas
externasydrenes(subdrenaje),laszanjasdecoronacinycunetasenberma,losbordillosycunetasde
piedeterrapln,yelcaz.
4.2.1 HIDRULICADEALCANTARILLAS.
4.2.1.1 Criteriosdediseo.
Enprimerlugar,apartirdelosdatosdelasalcantarillasobtenidosdelinventariodecamporealizadoyde
la cartografa empleada (ubicacin geogrfica, seccin hidrulica, longitud y cotas a la entrada y a la
salida) y conbaseen los caudales calculadospara cada cuencaaferente (obtenidosdeacuerdoa los
criterios descritos en apartados anteriores del presente estudio), se ha determinado la validez de la
seccinhidrulicadelasobrasexistentes.Estacomprobacinseharealizadonicamenteparaaquellas
obrasmenores
que
permitan
el
paso
de
los
cauces
identificados
sobre
las
planchas
1:25000
del
IGAC
que
son interceptados por la va, verificndose su ubicacin a partir de la informacin aportada por el
inventariodecamporealizado.
Paradeterminar lavalidezde lasalcantarillasyboxculvertssehaconsideradounacondicindealtura
deaguamximaalaentrada/alturadelaobraiguala1.2(He/D=1.2).Porotraparte,sehacomprobado
quelasvelocidadesenelinteriordelasobrassoninferioresa6m/s.
Encasodenocumpliralgunode loscriteriosanteriormentedefinidossehaconsideradoque laseccin
hidrulicade laobraexistentees insuficiente,proponindosesudemolicinysusubstitucinporotra
obradepasodeseccinmayor.Aeste respectocabe resaltarque todas lasalcantarillasexistentesde
600 mm, an cumpliendo los criterios anteriormente definidos, sern substituidas como mnimo por
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OCCIDENTE
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Encasodeque laobramenorexistentenoseencuentrecomprendidaen lossupuestosanteriormente
mencionados,esdecir,quesudimetroseamayora600mm,que laseccinhidrulicaseasuficiente
paraelcaudalcalculado,yqueeldesdoblamientoproyectadopermitaquesigasiendooperativa,seha
propuestosuprolongacinbajolanuevacalzadadefinida.
Elinventariodecamporealizado,ademsdereflejarlaubicacingeogrficaylosdatosgeomtricosde
lasobrasmenoresexistentes,proporcionainformacinacercadelasobraspresentesalaentradayala
salida,ascomoelestadoestructuralydeservicioenqueseencuentran.Para lasobrasmenoresque
seansubstituidas
se
demolern
las
obras
ala
entrada
yala
salida,
respetndose
nicamente
en
caso
de
que se mantenga la alcantarilla existente en la va y stas se encuentre en un buen estado de
conservacin.
Porotraparte,enelproyectosehaincluidoeldiseodetodaslasnuevasalcantarillasyboxesaejecutar
entramosenlosquelasnuevascalzadasdiscurrenseparadasdelaantiguacarretera.Enestoscasos,se
haadoptadocomoseccinparalanuevaobraelqueresultadeldimensionamientohidrulicorealizado
parala
obra
existente
bajo
la
antigua
carretera.
Adems de la seccin de alcantarillas y boxes y las obras de entrada y salida (cajas o cabezote con
aletones),sehanpropuestobajantesdeconcretoen lasalcantarillasen lasqueseanecesariosalvarun
nivel importante para el descenso de las aguas hasta los puntos en los que se ubican los cauces
existentes.
4.2.1.2 Metodologa.
ParalacomprobacindelacapacidaddelasalcantarillasyboxculvertssehautilizadoelprogramaHY8
de laFederalHighwayAdministration(FHWA),quepartiendodeunosdatosinicialescomoelcaudalde
proyectoy losrelativosaltipode lapropiaobradedrenaje (longitud,pendiente,tipodeembocadura,
dimetro, etc.), determina, entre otros, el tipo de rgimen (crtico, supercrtico o subcrtico), la
profundidaddelescurrimiento, lavelocidaddecirculacindelagua,alturadelaguaa laentradade la
obradedrenaje,velocidadalasalidadelamismaytipodecontroldominante(entradaosalida).
ElprogramaresuelvedeformanumricalasecuacionesquefiguraneneldocumentoHydraulicDesign
SeriesNumber5 (HDS5),publicadopor laFederalHighwayAdministration (FHWA),proporcionando
unasolucinsimilaralaqueseobtendramediantelautilizacindelosnomogramas.Paraelclculode
l l d l d b i l l i l d d l d lid
4GCONCESIONES.GRUPO2CENTRO
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4.2.1.3 Resultadosdelestudio.
Delestudiorealizadoseconcluyeque laseccindeuntotalde7alcantarillasexistenteses insuficiente
hidrulicamente,porloqueseconsideranecesarialaejecucindeunanuevaobrahidrulicaconseccin
suficienteparapermitirelpasodeloscaudalesdeclculo.Enlasiguientetablasepresentaellistadode
lasobrashidrulicasquesernecesarioreemplazarenbaseaestecriterio:
CDIGOOBRASECCINHIDRULICA
OBRAEXISTENTESECCINHIDRULICA
OBRANUEVA
OH002 Alcantarilla600mm Cajn1.5x1.5
OH008 Alcantarilla600mm Cajn1.5x1.5
OH141 Alcantarilla600mm Alcantarilla900mm
OH168 Alcantarilla600mm Cajn1.5x1.5
OH183
Alcantarilla
600mm
Alcantarilla
900mm
OH295 Alcantarilla600mm Alcantarilla1200mmOH335 Alcantarilla600mm Cajn1.5x1.5
Tabla12.Listadodeobrasdedrenajeinsuficienteshidrulicamente
En la tabla resumen que sepresenta en elAnexo 5 se presentan los resultados de las velocidades y
elevacionesdeaguaa laentradaobtenidastantopara lasseccionesde lasobrashidrulicasexistentes,
comopara
las
que
resultan
de
la
substitucin
de
la
alcantarilla
obox
que
no
cumple
los
criterios
hidrulicosestablecidos.
Deformacomplementaria,enelAnexo6semuestranloslistadosdeclculodelHY8decadaunadelas
alcantarillasyboxculvertsestudiadas,tantoparaelcasodeobrasexistentescomopara laspropuestas
consunuevaseccinhidrulica.
En
la
tabla
resumen
que
se
presenta
en
el
Anexo
7
del
presente
documento
se
recogen
las
ubicaciones
detodaslasalcantarillasexistentesypropuestas,ascomosulongitudtotal(actual,yresultanteunavez
ejecutadalaobradelanuevacalzada).
4.2.2 CUNETASYOTROSELEMENTOSDEDRENAJEMENOR.
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Laszanjasdecoronacinirnrevestidasenconcreto,tendrnunabasede0.40m,unaalturade0.50m,
taludestransversales
1.0H:1.66V,
yun
ancho
de
boca
superior
de
1.0
m.
A
continuacin
se
presenta
la
capacidaddelascunetasaflujollenosinbordelibre:
Pendiente j(m/m)
Zanjadecoronacintrapecial
AnchoSuperior=1m
AnchoInferior=0.4m
Calado=0.5m.
0.005 0.65100.010 0.9206
0.015 1.1275
0.020 1.3020
0.025 1.4557
0.030 1.5946
0.035 1.7224
0.040 1.8413
0.045 1.9530
0.050 2.0586
0.055 2.15910.060 2.2551
0.065 2.3472
0.070 2.4358
0.075 2.5213
0.080 2.6040
0.085 2.6841
0.090 2.7619
n 0.014rea(m
2) 0.35
PermetroMojado(m) 1.5662
RadioHidrulico 0.2235
(1/n)*S*RH^(2/3) 9.2064
Datos decalculo
Tabla16.Capacidadhidrulicacunetaenzanjadecoronacin
EnelAnexo8seharealizadoelclculodelasdistanciasmximasdezanjadecoronacinqueesposible
ejecutarsin
necesidad
de
descole
intermedio.
Para
ello,
se
ha
realizado
el
clculo
de
la
aportacin
media
pormetrolinealdecuneta,aplicandoparaellolafrmulaRacional.Sehaconsideradoparaelclculoun
tiempodeconcentraciniguala10mincorrespondienteaunaintensidaddeprecipitaciniguala121.05
mm/h(estacinImues),yunreaaferentepormetrolinealiguala100m2deladera(conuncoeficiente
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Tendrn escalones de altura variable por longitudes de descanso de al menos 0.50 m. La energa se
disiparpor
el
golpe
(calor)
del
agua
contra
cada
descanso.
Estas
estructuras
entregarn
la
escorrenta
directamentealascajasdeentradadelasalcantarillasdecrucedelava.
Enlostaludesconbermasseejecutarncunetasrevestidasenconcreto,quetendrnunanchodeboca
superiorde1mytaludestransversales1.0H:5.0V,Estascunetasenbermasentregarna laszanjasde
coronacin,quebajarnlasaguasalosnivelesinferiores.
4.2.2.6 Pasosdecunetas.
Lospasosdecunetasbajolavaserealizarnentubadolacunetacontuberasdeconcretode300mmde
dimetro,queestarnreforzadasconunaenvueltadeconcretodealmenos15cmdeespesor.
4.2.2.7 Sumideros,pozosytuberascolectoras.
En laszonasurbanasen lasquesehaproyectado laejecucindeandenessecaptarn lasaguasenel
bordillomediante
sumideros
de
concreto
con
rejilla
de
fundicin.
La
conduccin
de
las
aguas
hasta
su
disposicin final se realizar mediante tuberas colectoras de PVC de 400 mm de dimetro. Para el
registroylimpiezaperidicadeestasconducciones seejecutarnacada50m comomaximopozosde
concretocontapaymarcodefundicin.
Acontinuacinsepresenta lacapacidadde loscolectoresdePVCaflujollenosinborde libre,teniendo
en cuenta las caractersticasde la seccinde la tubera, lapendiente longitudinalyuncoeficientede
rugosidadde
Manning
para
el
PVC
de
0.010:
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Pendiente
j
(m/m)
Colector
D
=
400
mm
0.005 0.1914
0.010 0.2707
0.015 0.3316
0.020 0.3829
0.025 0.4281
0.030 0.4689
0.035 0.5065
0.040 0.5415
0.045 0.57430.050 0.6054
0.055 0.6349
0.060 0.6632
0.065 0.6902
0.070 0.7163
0.075 0.7414
0.080 0.7657
0.085 0.7893
0.090 0.8122
n 0.01
rea(m2) 0.1257
PermetroMojado(m) 1.2566
RadioHidrulico 0.1
(1/n)*S*RH (2/3) 2.7073
Datos declculo
Tabla17.CapacidadhidrulicacolectorD=400mm
EnelAnexo8seharealizadoelclculodelasdistanciasmximasdecolectorqueesposibleejecutarsin
necesidaddedescoleintermedio.Paraello,sehautilizadolamismaaportacinunitariapormetrolineal
de colector empleadapara el clculo de cunetas externas. Dividiendo las capacidades mximasde la
colectorentreestaaportacinmedia, sehaobtenidoqueesposibleejecutar tramosde colector con
pendiente mnima del 0.5 % de hasta 235 m. Esta longitud es inferior a la distancia promedio entre
alcantarillas proyectadas, que es de aproximadamente 100 m, por lo que el colector se considera
adecuada
para
el
manejo
de
aguas
vertidas
por
los
sumideros
de
calzada.
4.2.3 SUBDRENAJE.
Debajodelascunetasylosbordesdevaquequedendentrodetaludesdecorteseconstruirunfiltro
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Diseo Geosintticos sptima Edicin. 2006, por medio del programa Geosoft V2.0 los cuales se
presentanen
el
Anexo
9.
Figura24.Seccindelosfiltros
4.3 OBRASMAYORES
Elanlisishidrulicode lasobrasmayoresbuscadeterminarelperfilde la superficiedelaguapara la
crecientedediseo,informacinapartirdelacualsedetermina:
1. Lasuficienciadelglibodelaestructuraexistente/proyectada.
2. Elimpactoaguasarribaoremansogeneradoporelpuente.
3. Lasdistribucionesdelflujoylavelocidadparalaestimacindelasocavacinpotencialyconello
las medidas protectoras para los puentes existentes y las cotas de cimentacin de las
infraestructurasproyectadas.
Enlatablapresentadaacontinuacinserecogentodaslasobrasmayoresexistentesyproyectadaspara
lavaobjetodeestudio.
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ABSCISA NOMBREDELAOBRA
RO/QUEBRADA N
CUENCA
REA
CUENCA
(km2)
Q(m3/s) TIPOOBRA
N
DE
VANOSLONG.
VANO
MENOR
(m)LONG.
VANO
MAYOR
(m)LONG.
TOTAL
(m)
RUTA2501 GUAITARA 3 2,464.378 441.600 PUENTE 2 15 42 57
ABSCISA NOMBRE
DE
LA
OBRA RO/QUEBRADA N
CUENCA
REA
CUENCA
(km2)
Q
(m3/s) TIPOOBRA
NDE
VANOS
LONG.VANO
MENOR
(m)
LONG.VANO
MAYOR
(m)
LONG.TOTAL
(m)
2+0682+103(I) 2.08(I) PUENTENUEVOCI 1 34.5
1+8802+000(D) 1.95(D) PUENTENUEVOCD 4 30 30 120
2+6052+635(I) 2.63(I) PUENTENUEVOCI 1 30
2+3802+595
(D) 2.50
(D)
PUENTE
NUEVO
CD 7 30 35 215
2+8403+100(I) 2.95(I) GUAITARA 3 2,464.378 441.600 PUENTENUEVOCI 5 20 110 260
2+7753+040(D) 2.90( D) GUAITARA 3 2,464.378 441.600 PUENTENUEVOCD 5 20 110 265
6+9607+120(I) 7.05(I) MAGDALENA 4 36.432 32.100 PUENTENUEVOCI 4 20 70 160
6+9257+115(D) 7.00(D) MAGDALENA 4 36.432 32.100 PUENTENUEVOCD 5 25 70 190
0+2000+240 CONEXIN6.8 PUENTENUEVO 2 10 30 40
11+98012+000
(D) 12.05(D) PUENTENUEVOCD 5 20 30 120
15+82515+980
(D) 15.90(D) PUENTENUEVOCD 5 30 35 155
OBRAS
MAYORES
EXISTENTES
OBRAS
MAYORES
PROPUESTAS
EN
NUEVAS
CALZADAS
Tabla18.
Listado
de
obras
mayores
existentes
ypropuestas
En el presente estudio se hajustificadoeldimensionamiento de lospuentesproyectados, siendo los
enumeradosenlasiguientelista:
Ro Guaitara, modelizndose el puente existente en la actualidad y los proyectados,
correspondientesacadaunadelascalzadas.
QuebradaMagdalena,estudindoselospuentesproyectadosparacadaunadelascalzadas.
4.3.1 METODOLOGA.
Elprocedimientoseguidoparalarealizacindelestudiohidrulicodelasobrasmayorescomienzaconla
identificacindeltipodeflujodelcauce,paraposteriormenteobtener losnivelesde la lminadeagua
paraunperiododeretornode100aos.
Finalmentese
determina
el
glibo,
entendido
como
la
menor
distancia
entre
la
lmina
de
agua
correspondiente al caudal de diseo y el canto inferior de las vigas del puente. El criterio para
determinar el glibo mnimo ha sido tomado de Manual de Diseo Geomtrico para Carreteras del
INVIAS (referenciabibliogrfican6), segnel cualpara corrientesdeaguaqueenalgunosperodos
transportan desechos troncos y otros objetos voluminosos el glibo mnimo ser de dos metros con
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Asimismo, se cont con la informacin topogrficadisponible, realizando la revisindelglibo conel
caudalde
100
aos,
determinado
apartir
del
hietograma
de
precipitaciones
elaborado
aen
base
alas
intensidadesdelluviacalculadasmedianteelMtododeVargasyDazGranados.
4.3.3 MODELIZACINHIDRULICA.
Para la modelizacin hidrulica se ha utilizado el programa de clculo HECRAS vs. 4.1.0,
implementndoseenelmismounclculoenrgimenpermanentegradualmentevariado.
ElprogramaHECRAS,desarrolladoporelCuerpode IngenierosdelEjrcitode losEstadosUnidosde
Amrica,esunsistema integradode softwareparaanlisishidrulicode redesdecanalesnaturalesy
artificiales.
Para la realizacinde lamodelizacinhidrulica separtide las secciones transversalesde la cuenca
obtenidasmedianteelmodulode integracinHECGeoRasparaelArcGis10.1.Estemduloprocesade
maneraautomticalosperfilesdelterrenoapartirdeunmodelodigitalobtenidodelacartografaen3D.
Sehaprocedidoa lamodelizacinhidrulicadel roenel tramoenelque seubican lospuentes,con
objeto de evaluar las elevaciones de la lmina de agua, ocupacin de las llanuras de inundacin, y
velocidadesdepasodelaguabajolaestructura.
Paralaobtencindelosresultados,elprogramaestimalasprdidasdecargaqueseproducenenelpaso
bajolasestructurasmediantelarealizacindebalancesdeenerga.
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Caberesaltar,queparaelcasodelasnuevasinfraestructuraspropuestas,sehallevadoacabounclculo
parala
obtencin
de
la
llanura
yperfil
del
ro
antes
de
la
construccin
del
nuevo
viaducto,
yun
segundo
clculopara lasituacinexistentedespusdeldesdoblamientodecalzadaprevisto,comparndose los
resultadosobtenidosenambosclculosyevaluandolasposiblessobreelevacionesdelalminadeagua
provocadasporlasobras.
4.3.4 RESULTADOSDELESTUDIO.
Semuestra
en
los
siguientes
cuadros
resumen
la
revisin
hidrulica
ylos
resultados
obtenidos
para
cada
cruce, considerando un periodo de retorno de 100 aos, recogindose en el Anexo 10 del presente
documentoloslistadosdeclculodelHECRASdecadaunadelasobrasdedrenajemayorestudiadas.
Caberesaltarquelosresultadosmostradosenelpresenteapartadosecorrespondenconlasmediciones
efectuadasenelperfilaguasarribadelpuenteproyectado.
PUENTE PERFILDEREFERENCIA
COTALMINA
DEAGUA(m)COTA
INFERIORPUENTE(m)
GLIBO(m)
Guaitara 170BRU 1645.83 1726.33 80.50
Magdalena 365BRU 1932.22 1975.00 42.78
Tabla19.Glibosdelospuentesproyectadosanalizados
Ala
vista
de
los
resultados
obtenidos
se
puede
concluir
que
los
viaductos
analizados
presentan
un
glibo
muysuperioraldefinidocomomnimoenelManualdeDiseoGeomtricoparaCarreterasdelINVIAS,
quesegnserecogeenelapartado4.3.1.delpresenteestudioesde2.5m.
Habida cuenta de los resultados obtenidos, se puede observar como la lmina libre del agua en la
avenidaconperiododeretornodeT=100aosnoresultainfluenciadadeningnmodoporlapresencia
de los puentes proyectados. En consecuencia, no existe sobreelevacin causada por la nueva
construccin,
considerndose
como
admisibles,
desde
el
punto
de
vista
hidrulico,
tanto
las
luces
como
lasubicacionesdelospuentesproyectados.
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La socavacin localocurre,engeneral,alrededorde losestribos,pilasdepuentesy cualquier tipode
obstruccinal
flujo.
Es
el
resultado
de
la
turbulencia
yde
los
cambios
locales
del
vector
velocidad
causadosporlasobstrucciones.
Paraelclculodeestetipodesocavacinenestribosseaplicarndosde lasformulacionespropuestas
eneldocumentoHEC18:laecuacinHIRE(Richardson,1990)ylaecuacindeFroelich(Froelich,1989).
Estas frmulas estn directamente implementadas en el programa HECRAS, que obtiene los datos
necesarios
para
su
aplicacin
del
modelo
hidrulico
de
la
avenida
de
T=100
aos.
El
programa
determina
de formaautomticacules laecuacinmsconvenienteparaevaluar lasocavacin local,yrealizael
clculodelaprofundidaddesocavacinmediantelaaplicacindelafrmulacorrespondiente.
ElclculodesocavacinenpilasdepuentesserealizarmedianteelMtododelaUniversidadEstatalde
Colorado,CSU,medianteelcualseestimalasocavacinlocaltantoencondicionesdeaugasclarascomo
enlechomvil.
5.2 DATOSINTRODUCIDOSPARAELCLCULODEPROFUNDIDADESDESOCAVACIN
Para la realizacinde losclculos,esnecesario introducirenelprograma losdatosdelD50yD95del
materialdellechoymrgenes.Apartirdelasobservacionesrealizadasencampo,sehaconstatadoque
losrosdiscurrensobresuspropiasllanurasaluviales,porloquesehanutilizadoparalosclculosunos
valoresD50yD95de2y1mmrespectivamente(materialesarenolimosos).
Enlo
que
respecta
alos
valores
de
constantes
adoptados
para
la
aplicacin
del
mtodo
de
CSU,
se
han
adoptado unos valores de K1 de 1.0 (correspondiente a pilas de nariz circular) K2 de 1.0
(correspondientearosrectilneos),yunvalormediodeK3de1.1(enfuncinde lascaractersticasdel
fondo de los cauces) y de K4 de 1.0 (dado que no existe acorazamiento en los lechos de los ros
estudiados).
5.3 CLCULODELASPROFUNDIDADESDESOCAVACIN
Acontinuacin sepresentaun resumende los resultadosde losclculosdeprofundidades totalesde
socavacinrealizados.EnelAnexo11sepresentanlosresultadoscompletosobtenidosconelprograma
HECRAS:
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Clculodesocavacionesconnfasisenlascuencasconposibilidaddeafectacindeestructuras.
Adicionalmentese
estimaron
los
flujos
correspondientes
alas
reas
laterales,
se
calcularon
las
cunetas tpicas para esos tramos y los elementos tpicos de drenaje superficial. Para el
dimensionamiento de estos elementos se han utilizado los caudales correspondientes a un
perododeretornode10aos.
La identificacinde loscauces interceptadospor lavay larepresentacinde lascuencasaferentesde
cadaunodeellos se realiz,enbasea la informacinaportadaporel inventariodecampo realizado,
sobre
las
planchas
1:25000
del
IGAC,
emplendose
para
las
de
mayor
tamao
las
planchas
a
escala
1:100000.
Sobrelarestitucindeltramoefectuada,ybasndoseenelinventario,seidentificlatotalidaddeobras
depasoexistentesactualmenteen lava.En laactualidad lavacuentaconun totalde393obrasde
paso,contabilizandoalcantarillas,boxculvertsypuentes.
Elnmerototaldeobrasdepasoexistentesparapermitirelcrucedelascorrientesdeaguaidentificadas
enlos
planos
1/25000
es
de
13,
incrementndose
su
nmero
hasta
17
con
la
duplicacin
de
va
definida
oporlamejoradeltrazado.Paraestasobrassehadelimitadolacorrespondientecuencavertientepara
obtenerposteriormenteloscaudalesdeclculo.Ensumayoracorrespondenacorrientesdemedianoy
pequeotamao,destacndoseporsuimportanciaregional,especialmente,elroGuaitara,conunrea
aferentede2,464.378km2.
En lo que respecta al estudio hidrulico de las obras, en primer lugar, a partir de los datos de las
alcantarillasobtenidos
en
el
inventario
de
campo
realizado
yde
la
cartografa
(ubicacin
geogrfica,
seccinhidrulica,longitudycotasalaentradayalasalida)yconbaseenloscaudalescalculadospara
cadacuencaaferente, sehadeterminado lavalidezde laseccinhidrulicade laobraexistente.Esta
comprobacinse realiznicamenteparaaquellasobrasmenoresquepermitenelpasode loscauces
interceptadospor lava identificados sobre lasplanchas1:25000del IGAC,apartirde la informacin
aportadaporelinventariodecamporealizado.
Paradeterminar
la
validez
de
las
alcantarillas
ybox
culverts
se
ha
considerado
una
condicin
de
altura
deaguamximaalaentrada/alturadelaobraiguala1.2(He/D=1.2).Porotraparte,sehacomprobado
quelasvelocidadesenelinteriordelasobrassoninferioresa6m/s.
En caso de no cumplir alguno de los criterios anteriormente definidos se ha considerado que la seccin
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Implementarunsistemaderecoleccinytratamientodeaguasresidualesparanocontaminarel
aguade
los
caos.
Sembrarespeciesadecuadasparapoblarlasuperficiedelostaludesdelterraplncuyopropsito
seaelcontroldeerosionesdebidasalascrecientes.
Se ejecutar subdrenaje en aquellas zonas no detectadas en que sea requerido, ya que es
necesario para evitar las fuerzas de empuje pasivo del agua subterrnea. Al momento
constructivo, se proceder con los tramos sealados y los tramos que se identifiquen en esa
etapa.
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ANEO 1 DAO PLIOMICO IDEAM
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OCCIDENTE
COEDO: PAO MICHACA: PP
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ANEO 3 ABLA EMEN DE CADALE
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4 G CONCESIONES. GRUPO 2 CENTRO
OCCIDENTE
COEDO: PAO MICHACA: PP
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ANEO 5. ABLA EMEN DE ELADO DE OBA HIDLICA
EIENE EEIDA
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4 G CONCESIONES. GRUPO 2 CENTRO
OCCIDENTE
COEDO: PAO MICHACA: PP
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ANEO 6. LIADO DE CLCLO DE ALCANAILLA
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Culvert Data Summary - OH-183
Barrel Shape: Circular
Barrel Diameter: 600.00 mm
Barrel Material: ConcreteEmbedment: 0.00 mm
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Barrel Manning's n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge with Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 6 - Culvert Summary Table: OH-183
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
0.97 0.97 2689.93 1.927 0.776 5-S2n 0.381 0.545 0.399 0.204 4.862
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 2688.00 m, Outlet Elevation (invert): 2686.50 m
Culvert Length: 27.94 m, Culvert Slope: 0.0538
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-
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Culvert Data Summary - OH-384
Barrel Shape: Concrete Box
Barrel Span: 1500.00 mm
Barrel Rise: 1500.00 mm
Barrel Material: Concrete
Embedment: 0.00 mm
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Barrel Manning's n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge (90) Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 11 - Culvert Summary Table: OH-384
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
2.99 2.99 2574.69 1.192 0.0* 1-S2n 0.282 0.740 0.353 0.272 5.641
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 2573.50 m, Outlet Elevation (invert): 2572.20 m
Culvert Length: 16.35 m, Culvert Slope: 0.0798
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-384
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Culvert Data Summary - OH-008
Barrel Shape: Concrete Box
Barrel Span: 1500.00 mm
Barrel Rise: 1500.00 mmBarrel Material: Concrete
Embedment: 0 00 mm
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Embedment: 0.00 mm
Barrel Manning's n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge (90) Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 2 - Culvert Summary Table: OH-008
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
3.68 3.68 1765.72 1.417 0.768 1-S2n 0.413 0.850 0.582 0.416 4.213
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 1764.30 m, Outlet Elevation (invert): 1764.00 m
Culvert Length: 10.20 m, Culvert Slope: 0.0294
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-008
Culvert Data Summary - OH-137
Barrel Shape: Circular
Barrel Diameter: 900.00 mm
Barrel Material: ConcreteEmbedment: 0.00 mm
Barrel Manning's n: 0 0140
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Barrel Manning s n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge with Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 3 - Culvert Summary Table: OH-137
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
0.24 0.24 2374.38 0.382 0.0* 1-S2n 0.204 0.280 0.209 0.051 2.119
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 2374.00 m, Outlet Elevation (invert): 2373.50 m
Culvert Length: 33.40 m, Culvert Slope: 0.0150
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-137
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Culvert Data Summary - OH-186
Barrel Shape: Concrete Box
Barrel Span: 2000.00 mm
Barrel Rise: 2000.00 mmBarrel Material: Concrete
Embedment: 0.00 mm
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Barrel Manning's n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge (90) Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 7 - Culvert Summary Table: OH-186
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
4.86 4.86 2697.11 1.408 0.0* 1-S2n 0.464 0.844 0.497 0.344 4.889
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 2695.70 m, Outlet Elevation (invert): 2694.50 m
Culvert Length: 49.31 m, Culvert Slope: 0.0243
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-186
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Culvert Data Summary - OH-238.1
Barrel Shape: Concrete Box
Barrel Span: 2500.00 mm
Barrel Rise: 2500.00 mmBarrel Material: Concrete
Embedment: 0.00 mm
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Barrel Manning's n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge (90) Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 9 - Culvert Summary Table: OH-238.1
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
12.51 12.51 2979.18 2.280 0.728 1-S2n 0.722 1.366 0.858 0.814 5.834
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 2976.90 m, Outlet Elevation (invert): 2975.90 m
Culvert Length: 37.91 m, Culvert Slope: 0.0264
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-238.1
Culvert Data Summary - OH-238.2
Barrel Shape: Concrete Box
Barrel Span: 2500.00 mm
Barrel Rise: 2500.00 mm
Barrel Material: Concrete
Embedment: 0.00 mm
7/26/2019 Estudio de Hidraulica, Hidrologia y Socavacin Carreteras Colombianas
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Barrel Manning's n: 0.0140
Culvert Type: Straight
Inlet Configuration: Square Edge (90) Headwall
Inlet Depression: NONE
Table 10 - Culvert Summary Table: OH-238.2
CulvertDischarge
(cms)
HeadwaterElevation
(m)
InletControl
Depth (m)
OutletControl
Depth (m)
FlowType
NormalDepth (m)
CriticalDepth (m)
OutletDepth (m)
TailwaterDepth (m)
OutletVelocity
(m/s)
TailwaterVelocity
(m/s)
12.51 12.51 2982.78 2.284 1.524 1-S2n 0.755 1.366 0.900 1.968 5.561
********************************************************************************
Straight Culvert
Inlet Elevation (invert): 2980.50 m, Outlet Elevation (invert): 2979.70 m
Culvert Length: 34.51 m, Culvert Slope: 0.0232
********************************************************************************
Water Surface Profile Plot for Culvert: OH-238.2
Culvert Data Summary - OH-238.3
Barrel Shape: Concrete Box
Barrel Span: 1500.00 mm
Barrel Rise: 1500.00 mm
Barrel Material: Concrete
Embedment: 0.00 mm
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